В № 31 Металлургия чугуна

Исходные материалы для выплавки чугуна

Сплавы черные металлов, как было сказано, представ­ляют сплавы железа с углеродом; кроме того, они содержат примеси — кремний, марганец, фосфор, серу и неко­торые другие.

Элементом, оказывающим главное влияние на свойства черных металлов, является углерод, и в зависимости от содержания его черные металлы делят на сталь и чугун.

Чугуном является железоуглероди­стый сплав, содержащий углерода от 2,14% до 6,67%. Основное назначение чугуна — слу­жить сырьем для получения стали.

сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплав­ки чугуна служит доменная печь.

Рассчитанное в определенном соотношении количество загружаемых в доменную печь исходных материалов назы­вается шихтой.

Железной рудой является горная порода, содержащая те или иные соединения железа, а также примеси соедине­ний других элементов, являющихся пустой породой.

В настоящее время для получения чугуна употребляют следующие руды.

Магнитный железняк (Fe₃0₄) —содержание в нем железа доходит до 72%.

Бурый железняк (2Fe₂0₃3H₂0) —; содержание железа колеблется от 35% до 50%.

Красный железняк (Fe₂0₃) —содержит до 60% железа.

Шпатовый железняк (FeC0₃) —, содержит 30-42% железа.

В качестве топлива при доменном производстве исполь­зуется каменноугольный кокс. Для интенсификации вып­лавки чугуна применяют природный газ и кислород.

Для отделения пустой породы и золы в доменную печь вводят вещества, называемые флюсами; эти вещества при сплавлении с пустой породой и золой топлива образуют легкоплавкие химические соединения, образующие шлак.

Для выплавки чугуна руду подвергают предваритель­ной подготовке — обогащению..

Подготовка руды включает операции дробления, сор­тировки, обогащения и, если необходимо, обжига.

Дробление — измельчение крупных кусков руды —дробилками-, при этом получают куски размером 20-100 мм. Мелочь отсеивается и идет на агломерацию (спекание).

Магнитное обогащение основано на действии магнит­ного поля на составляющие руды, обладающие магнитны­ми свойствами( в магнитных сепаратораторах)

Агломерация производится с целью использования мел­кой порошкообразной руды и колошниковой пыли; для спе­кания эти вещества смешивают с измельченным коксом.

Спекание осуществляют на специальных агломераци­онных ленточных машинах, где топливо, сгорая, образует пористые спеченные куски, называемые агломератом.

Прогрессивным способом обогащения руд является— окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании измельчен­ных частиц шихты и последующем обжиге окатышей.

Устройство доменной печи

Это шахт­ная (вертикальная) печь общей высотой до 70 м и диамет­ром до 14 м.

Внутри доменная печь выкладывается (футеруется) ог­неупорным кирпичом. Снаружи печь для прочности имеет стальной кожух. Части доменной печи следующие (рис. 1): засыпной аппарат, колошник, шахта, распар, заплечники и горн.

Засыпной аппарат служит для накопления и подачи шихты через колошник. Вверху колошника имеется газо­отвод для выхода доменного (колошникового) газа. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу. . Заплечники имеют форму усеченного конуса, расширяющегося кверху.

Нижняя часть доменной печи — горн — имеет цилин­дрическую форму. В верхней части горна по окружности расположены фурмы для подачи в печь подогретого возду­ха, природного газа и кислорода. Нижняя часть горна, называют лешадью. В горне имеется два отверстия — летки — для вы­пуска чугуна и шлака. Чугунная летка располагается в нижней части горна, а шлаковая — в верхней.

Подогрев воздуха осуществляется для увеличения про­изводительности печи и уменьшения расхода топлива. На­грев производят в — воздухонагревателях.

Воздухонагреватель представляет собой башню диа­метром порядка 10 м, высотой до 50 м. Корпус воздухо­нагревателя выполнен из листовой стали, внутри футеро­ван огнеупорным кирпичом. В шахте воздухонагревателя сгорает доменный газ. Остальное пространство воздухонаг­ревателя заполнено насадкой (кирпичной кладкой с про­ходами для газов), аккумулирующих тепло от продуктов горения доменного газа.

Атмосферный воздух направляется к воздухонагрева­телю, где проходит через горячую насадку, нагревается до 1000-1200 °С и затем направляется к фурмам доменной печи.

Доменный процесс

В печи непрерывно навстречу друг другу движутся два материальных потока: сверху вниз — поток шихтовых ма­териалов и снизу вверх — поток газов, образующихся в результате горения топлива и реакции с составляющими шихты.

Сущность доменной плавки состоит в восстановлении железа из его оксидов, содержащихся в руде, науглерожи­вании железа до получения чугуна и ошлакования пустой породы.

В процессе плавки образуются восстановленные примеси - мар­ганец, кремний и фосфор, а также частично сера из золы кокса.Расплавленное губчатое железо поглащает эти примеси.

(температура плавления железа 1539 °С, чугуна — 1100—1200 °С)

Наличие кремния и марганца в чугуне оказывает поло­жительное влияние на свойства чугуна. Фосфор и сера яв­ляются вредными примесями. Кремний улучшает литей­ные качества чугуна; марганец при небольшом (до 1%) со­держании повышает прочность чугуна. Фосфор делает чугун хрупким б холодном состоянии, сера увеличивает хрупкость чугунных изделий в нагретом состоянии.

Основным продуктом доменного производства является чугун. В чугуне углерод может